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Earth Observation Satellite Scheduling with Graph Neural Networks and Monte Carlo Tree Search

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저자

Antoine Jacquet, Guillaume Infantes, Emmanuel Benazera, Vincent Baudoui, Jonathan Guerra, Stephanie Roussel

개요

본 논문은 지구 관측 위성 계획(EOSP) 문제를 해결하기 위해 그래프 신경망(GNN)과 딥 강화 학습(DRL)을 결합한 새로운 기술을 제시합니다. EOSP는 가시성 제약 조건과 기동 제약 조건을 고려하여 관측 요청을 계획하고, 과다 할당된 관측 요청 중에서 최대의 이점을 얻을 수 있는 관측 세트를 선택하는 문제입니다. GNN은 EOSP 인스턴스를 나타내는 그래프에서 관련 정보를 추출하고, DRL은 최적의 일정 계획을 탐색합니다. 또한, 몬테카를로 트리 탐색(MCTS) 기반의 후 학습 탐색 단계를 추가하여 더 나은 솔루션을 찾습니다. 실험 결과, 이 방법은 작은 문제 인스턴스에서 학습하여 실제 규모의 문제로 일반화되며, 기존 방법과 비교하여 경쟁력 있는 성능을 보였습니다.

시사점, 한계점

GNN과 DRL을 활용하여 EOSP 문제를 해결하는 새로운 접근 방식을 제시함.
학습된 모델이 작은 문제에서 학습하여 더 큰 실제 문제로 일반화될 수 있음을 입증함.
기존의 휴리스틱 및 반복적 탐색 알고리즘과 비교하여 경쟁력 있는 성능을 보임.
MCTS를 활용한 후 학습 탐색 단계를 통해 솔루션의 품질을 향상시킴.
(한계점) 구체적인 성능 지표 및 기존 방식과의 비교에 대한 자세한 정보가 부족할 수 있음.
(한계점) 복잡한 실제 위성 시스템의 모든 제약 조건을 완벽하게 반영하지 못할 수 있음.
(한계점) 대규모 문제 인스턴스에서의 확장성 및 계산 효율성에 대한 추가적인 연구가 필요함.
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